第10章　Wi-FiとIPアドレス

この章の目的

この章では、Pico Wを既存のWi-Fiへ接続し、 ネットワークから割り当てられたIPアドレスを確認します。

第9章までは、センサーの値やLEDの状態を USBで接続したPCのShellから確認していました。 ここからは、Pico Wをネットワークへ参加させ、 離れた機器との通信へ進みます。

Pico W
    ↓ Wi-Fiへ接続
アクセスポイント
    ↓ ネットワーク設定を取得
IPアドレスをShellへ表示

この章では、Webサーバーはまだ動かしません。 次の第11章で使用する接続情報を準備し、 Pico W、アクセスポイント、PCの関係を整理します。

この章でできるようになること

• Wi-Fiのアクセスポイントとステーションの役割を説明できる
• SSIDとパスワードを使ってPico WをWi-Fiへ接続できる
• DHCPでネットワーク設定が割り当てられることを説明できる
• IPアドレス、サブネットマスク、ゲートウェイ、DNSサーバーを区別できる
• 接続処理にタイムアウトが必要な理由を説明できる
• Shellに表示されたIPアドレスと完全なURLを確認できる
• 次章でPCとPico Wが同じネットワークに必要な理由を説明できる

使用するもの

分類	使用するもの	数量
制御用ボード	MicroPython導入済みのRaspberry Pi Pico WまたはPico WH	1
PC接続	データ通信対応Micro USBケーブル	1
開発環境	Thonnyを使用できるWindows PC	1
ネットワーク	講師から指定された2.4GHzのWi-Fi	1
接続情報	研修用SSIDとパスワード	1組

この章では、新しい電子部品やGPIOを使用しません。 第9章までの回路は配線したままでも構いませんが、 この章のプログラムではセンサーや外付けLEDを使用しません。

接続情報を扱うときの注意

• 教材の例示コードには、実在するSSIDやパスワードを記載しません
• 講師から指定された研修用の接続情報だけを使用します
• 接続情報を入力した画面を、撮影、画面共有、提出しないようにします
• 接続情報を入力したファイルを、Gitや共有フォルダーへ保存しません
• 研修終了後は、接続情報を入力したファイルを削除または置換します
• Pico Wへmain.pyとして保存せず、この章ではPC側から実行します

SSIDはネットワークを識別する名前です。 パスワードと同じ秘密情報とは限りませんが、 研修会場の構成情報として不用意に公開しないようにします。

10-1　Pico WがWi-Fiへ参加する流れ

Pico Wには、2.4GHz帯の無線LAN機能があります。 この章では、Pico Wをステーションとして動作させ、 既存のアクセスポイントへ接続します。

用語	この章での意味
アクセスポイント	PCやPico WをWi-Fiへ接続する機器
ステーション	アクセスポイントへ接続する側の機器
SSID	接続先のWi-Fiを識別する名前
DHCP	機器へIPアドレスなどを自動で割り当てる仕組み
IPアドレス	ネットワーク上で通信相手を識別する番号

図10-1　Wi-Fi接続とIPアドレス取得の流れ

Pico WとPCは、それぞれアクセスポイントへ接続します。 次の第11章でPCからPico Wへアクセスするには、 両方の機器が互いに通信できる同じネットワークへ 接続されている必要があります。

研修会場やゲスト用Wi-Fiでは、 接続した機器どうしの通信を禁止している場合があります。 インターネットへ接続できても、 PCからPico Wへ接続できるとは限りません。

10-2　IPアドレスとネットワーク設定

Wi-Fiへ接続すると、一般的にはDHCPによって 次の4つの設定がPico Wへ割り当てられます。

設定	役割	表示例
IPアドレス	ネットワーク上のPico Wを識別する	192.168.10.42
サブネットマスク	同じネットワークの範囲を判断する	255.255.255.0
ゲートウェイ	別のネットワークへ出るときの送信先	192.168.10.1
DNSサーバー	ホスト名をIPアドレスへ変換する	192.168.10.1

表の値は説明用の例です。 研修当日に割り当てられる値とは異なります。

このうち、第11章でPCのブラウザーへ入力するのは Pico WのIPアドレスです。 IPアドレスは再接続によって変わる場合があるため、 教材のコードへ固定値として書き込みません。

10-3　研修用Wi-Fiの条件を確認する

接続を始める前に、講師の案内と次の項目を確認します。

確認項目	この章で必要な状態
周波数帯	Pico Wが接続できる2.4GHz帯を使用
接続方法	SSIDとパスワードで接続できる
Web認証	ブラウザーで追加認証を求めない
IPアドレス	DHCPで自動的に割り当てられる
端末間通信	第11章ではPCとPico Wの間の通信を許可
PCの接続先	Pico Wと互いに通信できるネットワーク

ホテル、店舗、公共施設などのWi-Fiには、 接続後にブラウザーで同意や認証を行うものがあります。 この章の単純な接続プログラムでは、その画面を操作できません。

企業向け認証や端末登録を必要とするネットワークも、 同じプログラムで接続できるとは限りません。 研修では、事前確認済みのネットワークを使用します。

10-4　Wi-Fiへ接続する

次のプログラムをch10_01_wifi_connect.pyとして PC側へ保存します。

実行前に、WIFI_SSIDとWIFI_PASSWORDの文字列を 講師から指定された値へ置き換えます。 引用符は残し、その内側だけを変更します。

ch10_01_wifi_connect.py

import network
import time

WIFI_SSID = "YOUR_SSID"
WIFI_PASSWORD = "YOUR_PASSWORD"
CONNECT_TIMEOUT_MS = 20000


def connect_wifi():
    wlan = network.WLAN(network.WLAN.IF_STA)

    wlan.active(False)
    time.sleep(1)
    wlan.active(True)

    print("Wi-Fiへ接続します...")
    wlan.connect(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD)

    start_time = time.ticks_ms()

    while not wlan.isconnected():
        status = wlan.status()

        if status in (
            network.STAT_WRONG_PASSWORD,
            network.STAT_NO_AP_FOUND,
            network.STAT_CONNECT_FAIL,
        ):
            wlan.active(False)
            raise RuntimeError(
                "Wi-Fi接続に失敗しました。status={}".format(status)
            )

        elapsed = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start_time)
        if elapsed >= CONNECT_TIMEOUT_MS:
            wlan.active(False)
            raise RuntimeError(
                "Wi-Fi接続がタイムアウトしました。status={}".format(status)
            )

        print("接続待ち... status={}".format(status))
        time.sleep(1)

    return wlan


try:
    wlan = connect_wifi()
    ip_address, subnet_mask, gateway, dns_server = wlan.ifconfig()

    print("Wi-Fi接続成功")
    print("IPアドレス:", ip_address)
    print("サブネットマスク:", subnet_mask)
    print("ゲートウェイ:", gateway)
    print("DNSサーバー:", dns_server)
    print("次章で使うURL: http://{}/".format(ip_address))
except Exception as error:
    print(error)

実行中は、Shellに接続待ちの状態が表示されます。 接続に成功すると、ネットワーク設定と 次章で使用するURLが表示されます。

Wi-Fiへ接続します...
接続待ち... status=1
Wi-Fi接続成功
IPアドレス: 192.168.10.42
サブネットマスク: 255.255.255.0
ゲートウェイ: 192.168.10.1
DNSサーバー: 192.168.10.1
次章で使うURL: http://192.168.10.42/

表示例のIPアドレスやstatusは、 実際のネットワークと接続状態によって異なります。

10-5　コードの重要部分

ステーション用の無線インターフェース

wlan = network.WLAN(network.WLAN.IF_STA)

IF_STAは、Pico Wを既存のアクセスポイントへ接続する ステーションとして使用する指定です。

この章では、Pico W自身をアクセスポイントにはしません。 Pico WをWebサーバーとして動かす第11章でも、 接続方法は引き続きステーションです。

無線機能を有効にして接続を開始する

wlan.active(True)
wlan.connect(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD)

active(True)で無線インターフェースを有効にし、 connect()でSSIDとパスワードを指定して接続を開始します。

connect()を実行した直後に、 IPアドレスが利用できるとは限りません。 そのため、接続完了を確認してから次の処理へ進みます。

接続完了を確認する

while not wlan.isconnected():

ステーションモードのisconnected()は、 アクセスポイントへ接続し、有効なIPアドレスを取得すると Trueになります。

接続が終わるまで待つ処理はポーリングです。 第6章や第9章と同じように、 状態確認と待機を繰り返しています。

タイムアウトで待ち続けない

elapsed = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start_time)
if elapsed >= CONNECT_TIMEOUT_MS:

SSIDやパスワードが違う場合や、 アクセスポイントが見つからない場合に、 接続を無期限に待ち続けないようにします。

この章では20秒を超えた場合に無線インターフェースを停止し、 接続できなかったことを表示します。 会場の通信状況によっては、 講師の指示で待ち時間を調整します。

ネットワーク設定を取り出す

ip_address, subnet_mask, gateway, dns_server = wlan.ifconfig()

ifconfig()は、現在のIPv4ネットワーク設定を 4つの値として返します。 変数へ順番に代入することで、 各値の役割を確認しやすくしています。

次章で使うURLを表示する

print("次章で使うURL: http://{}/".format(ip_address))

IPアドレスの前にhttp://を付け、 ブラウザーへ入力する形で表示します。

この章ではWebサーバーを動かしていないため、 このURLを開いてもページは表示されません。 第11章でWebサーバーを実行してから使用します。

動作確認

• 実在するSSIDとパスワードを教材や共有ファイルへ残していない
• Pico Wをステーションとして接続している
• ShellへWi-Fi接続成功と表示される
• IPアドレスを確認できる
• サブネットマスク、ゲートウェイ、DNSサーバーを確認できる
• 完全なURLが表示される
• DHCPによってIPアドレスが割り当てられることを説明できる
• 接続処理がタイムアウトすることを確認できる
• 次章ではPCとPico Wの端末間通信が必要だと説明できる

よくある問題と確認方法

状況	主な確認箇所
networkを使用できない	Pico W用MicroPythonを導入しているか、Thonnyの接続先
接続失敗またはタイムアウト	SSID、パスワード、2.4GHz帯、電波状態、アクセスポイントの稼働
Web認証画面が必要	研修用の事前確認済みWi-Fiへ切り替える
IPアドレスが表示されない	DHCPが有効か、接続待ちが完了しているか
再実行するとIPアドレスが変わった	DHCPでは再接続時に別の値が割り当てられる場合がある
Wi-Fiには接続できるがインターネットへ出られない	ゲートウェイ、DNS、会場ネットワークの利用条件
次章でPCから接続できない	PCとPico Wの接続先、端末間通信の禁止、入力したIPアドレス
接続情報を画面共有してしまった	共有を停止し、実際の認証情報なら講師へ報告して変更する

エラーが発生したときは、SSIDやパスワードを 大きな画面へ表示したまま確認しないようにします。 講師が個別に確認するか、 接続情報を再入力してから実行します。

まとめ

• Pico Wは、ステーションとして既存のWi-Fiへ接続できます
• SSIDはWi-Fiを識別する名前です
• DHCPは、IPアドレスなどのネットワーク設定を自動で割り当てます
• IPアドレスは、ネットワーク上のPico Wを識別するために使用します
• IPアドレスは再接続によって変わる場合があるため、実行時に確認します
• network.WLAN()で無線インターフェースを準備します
• connect()で接続を開始し、isconnected()で完了を確認します
• 接続待ちにはタイムアウトを設け、失敗を区別します
• ifconfig()でIPアドレス、サブネットマスク、ゲートウェイ、DNSサーバーを確認できます
• 次章では、表示されたURLを使ってPCのブラウザーからPico Wへ接続します

参考資料

• MicroPython公式「class WLAN – control built-in WiFi interfaces」（v1.26.0）
• MicroPython公式「Quick reference for the RP2」（v1.26.0）
• Raspberry Pi公式「Pico microcontroller boards」
• Raspberry Pi公式「Connecting to the Internet with Raspberry Pi Pico W-series」（PDF）

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